溴化锂吸收式制冷机的原理及应用

1、收稿日期:1996年10月10日修回日期:1997年3月15日溴化锂吸收式制冷机的原理及应用杨东进(莱芜钢铁总厂第二炼铁厂摘要溴化锂吸收式制冷机循环与卡诺制冷机循环相同,其主机耗电量小,主要消耗低品位热能。在冶金行业应用时,可充分利用余热资源,其中100m 3级高炉的汽化冷却余热可满足410×106kJ h 的制冷机使用,节能效果显著。关键词溴化锂,吸收式制冷机,余热The Pr i nc iple and Appl ica tion of L ith iu m Bro m ideAbsorb i ng Type Refr igera torYang Dongjin(N o .1Ir

2、on W o rk s of L ai w u Iron and Steel GeneralW o rk s Abstract T he cycle of lith ium brom ide abso rbing type refrigerato r is si m ilar w ith the cycle of Carno t re 2frigerato r and its m ain m ach ine has s m all pow er consump ti on and its consump ti on m ainly is low quality heat energy .T h

3、 is refrigerato r can be full used of rem aining heat resource p roduced in the m etallurgical in 2dustry ,the rem aining heat resource of gasificati on coo ling of 100m 3blast furnace can m eet the needs of 4.0×106kJ h refrigerato r and it has good result .Keywords lith ium brom ide ,abso rbin

4、g type refrigerato r ,rem aining heat溴化锂吸收式制冷机的主要能耗为低品位热能(00.4M Pa 的蒸汽或大于65的热水,在有大量余热资源可供利用的冶金行业,其节能效果十分显著。莱芜钢铁总厂第一铁厂(简称莱钢一铁于1994年安装投运了一台溴化锂吸收式制冷机,使用效果良好。1吸收式制冷机的工作原理111蒸汽压缩式制冷机的工作原理图1为蒸汽压缩式制冷机的理论循环,制冷工质在1处为干蒸汽,进入压缩机A 压缩后压力升高,然后通过冷却器B 冷凝为液态,再通过节流器C 节流膨胀,在蒸发器D 中吸收制冷对象的热量后蒸发为干蒸汽回到1处完成制冷循环。在一个循环中,制冷工质经

5、历压缩、放热、膨胀、吸热四个热力过程。大多数冰箱、小型空调以及部分冷库、中央空调中采用该制冷循环。112吸收式制冷机的制冷原理吸收式制冷,就是利用制冷工质在较低温度下被吸收剂吸收形成二元溶液,加热升温后制冷工质又从溶液中逸出的特性,通过对溶液加热来完成制冷工质的压缩过程。其特点是液体压缩(液泵代替气体压缩,因而大大节省机械能(按可逆过程考虑,单位质量流体流过热工设备第19卷第6期1997年12月山东冶金Shandong YejinV o l 119,NO 16D ecem ber 1997 图1蒸汽压缩式制冷机理论循环图2蒸汽压缩式制冷机的温熵图时所消耗的轴功是vdp ,在远离临界点情况下,液

6、体比容远远小于气体比容,所以液泵所需要的轴功远小于气体压缩机所需的轴功。目前原动机都为电动机,节省机械能即节省电能。而其代价是消耗低品位热能,吸收式制冷机的理论循环见图3,其温熵图与图2相同。以水为制冷工质,用溴化锂的浓溶液作吸收剂,称为溴化锂吸收式制冷机,适用于大型中央空调等制冷工程。作为空调用制冷,一般要求蒸发温度低于1015,而水在一个大气压下的蒸发温度为100,所以应使制冷机内保持一定的真空度。从饱和水蒸汽表中查得,蒸发温度为14时,绝对压力为159714Pa ;蒸发温度为10时,绝对压力为122711Pa 。因为制冷工质为水,所以蒸发温度不可能低于0,即无法制取低于0的低温。如图3所

7、示,制冷工质循环过程从1处开始为水蒸汽,进入吸收器A 1后被溴化锂浓溶液吸收,变成稀溶液,被液泵升压后进入发生器A 2,在发生器中被热源加热后水蒸汽从稀溶液中逸出到达2处进入冷凝器B ,被冷却水冷却后冷凝成液态水到达3,通过节流器C 节流降压后到达4处,为低温冷剂水,然后进入蒸发器D 吸收冷媒水带来的热量后蒸发成为蒸汽到达1处完成制冷循环。吸收剂循环过程为,吸收器A 1中溴化锂浓溶液吸收来自蒸发器D 的水蒸汽变成稀溶液,经液泵升压后进入发生器A 2,在发生器中接受热源的加热,逸出水蒸汽变成浓溶液,浓溶液经节流降压后进入吸收器,经过冷却水降温后吸收来自蒸发器的水蒸汽变成稀溶液完成工作循环。对于热

8、水型溴化锂吸收式制冷机,当热水温度高于90时,采用上述循环结构就可达到较好的性能指标,当热水温度6580时需要采取双级吸收才能满足实用要求。2能耗分析及节电效果对于压缩式制冷机的经济性用制冷系数衡量:=Q 2 (1式中Q 2制冷量;消耗功,一般等于耗电量。对于吸收式制冷机,因其耗电量非常小(同等条件下约为压缩式制冷机的5左右,而耗热量却很大,所以其制冷经济性用热制冷系数衡量:=Q 2 Q(2式中Q 2制冷量;Q 耗热量。由卡诺定理可知,同一制冷循环的制冷量及制冷系数取决于蒸发温度T 1和冷凝温度T 2,这个结论对于任何一种制冷方式都适用。这样,比较各种制冷机的制冷效果应在同一工况下进行。冷凝温

9、度为35,蒸发温度为10时,制冷量2110×106kJ h 的蒸汽压缩式制冷和溴化锂1997年12月山东冶金吸收式制冷的参数见表。蒸汽压缩式制冷和溴化锂吸收式制冷的参数对比项目蒸汽压缩式制冷溴化锂吸收式制冷主机耗电量,k W 905耗热量,kJ h02110×106冷却水循环量,m 3 h (进口32,出口3880155冷却泵耗电量,k W(按最近设置冷却塔计算71515总能耗,kJh 3151×1052182×106从表中可以看出,尽管溴化锂吸收式制冷机的总能耗远大于蒸汽压缩式制冷机,但其耗电量远小于蒸汽压缩式制冷机,代价是需要消耗大量低品位热能。对于

10、集中空调用制冷,还需将冷量输送出去,需设置冷媒水循环水泵。供热系统也需要设置水泵,所以作为整个系统的耗电量往往远大于制冷机主机的耗电量。现有的溴化锂吸收式制冷机产品有直燃型、蒸汽型、热水型。在有符合条件的余热资源的地方,可利用0014M Pa 压力的蒸汽和大于65的热水,安装蒸汽型或热水型机组制冷,这样相对于蒸汽压缩式制冷机组每年可节电(按120d 供冷计算:(9715-20×120×24=223200(k W h ;节省电费:223200×0.5=111600(元另外,溴化锂吸收式制冷机故障率低,维修工作量小,介质无毒,不污染环境。3系统配置直燃型机组将热源和制

11、冷机实现了一体化,结构紧凑。并可提供冷水、热水,实现冬夏两用,但需燃油或燃气。利用高炉冷却系统余热的热水型机组的配置见图4。图中热源为高炉炉体或热风阀汽化冷却系统产生的余热,利用形式为热水。不进行余热利用时,热量由水在冷却壁中汽化产生的蒸汽带走。当系统运行进行余热利用时,由于高炉冷却设备进口水温降低,热源系统产生的蒸汽量将减少,相应减少了软化水的消耗量,同时还增强了冷却效果。其节水量计算为:V =Q r (3式中V 节水量,kg h ;Q 制冷机消耗的热量,kJ h ;r 汽化冷却系统工作压力下的汽化潜热,kJ kg 。该系统还可在冬季直接利用汽化冷却系统的余热进行供热 。图3吸收式制冷机的理

12、论循环图4利用高炉冷却系统余热的热水型机组(下转第58页杨东进溴化锂吸收式制冷机的原理及应用1997年12月山东冶金表6新工艺炉渣成分碱度%注:R s=CaO Si O231215合金回收率提高从表5看,合金熔点高的、与氧亲和力弱的,回收率高,相反则逐渐次之。数据主要来源于冶炼的40C r、35C r M o。在钢水量、铬铁成分、加入量相同条件下,新工艺炼的含铬钢中铬成分可达11091%,原工艺仅达0193%,铬提高0116%。原工艺吨钢加铬量1618kg,新工艺仅需加入1413kg,得到的成分相当,吨钢可降低215kg铬铁。31216炉龄在AD粉试炼中,对炉龄是按整炉役试验的,新、老工艺比较

13、提高16炉。证明应用AD粉炼钢,吨钢加入215kg量,萤石减少,炉渣碱度高且稳定、持久,有提高炉龄的趋势。31217改善劳动条件应用AD粉炼钢,是拉渣后向裸露钢液面上加入,后加入石灰量减少,不加萤石,不搅拌,直接加入锰、铬、硅铁等,不需搅拌。31218质量影响采用AD粉后,钢中酸溶铝含量增加,因此钢材质量应当提高。但本试验未做机械性能、低倍组织等测试。另外,AD粉中含N,但吨钢加入量较少,则增N量微不足道。建议冶炼高级优质钢有特殊要求时适当考虑。4结语按照新、老两工艺电耗,材料消耗等的比较,采用AD粉后吨钢冶炼成本可节约47101元,按莱钢年产7万t计,则年直接效益约为329万元。莱钢应用AD粉的实践证明,在电炉还原期采用AD粉炼钢,具有明显的化渣提温效果,可促进脱氧脱硫反应的进行,缩短还原期时间,改善炉渣流动性,提高炉体寿命,并降低电耗、材料消耗、工人劳动强度等。因此,采用AD粉进行电炉炼钢可获得良好的经济效益和冶金效果,极具推广价值。(上接第43页4应用前景在冶金企业中,有大量余热资源可供利用。一座100m3高炉的炉体冷却壁和热风阀的冷却产生的热量约为414